弹性支承对船舶轴系的影响分析

船舶推进轴系引起的船体振动问题日益突出,为了减小推进轴系传递给船体的振动,从改变振动传递路径的角度提出一种轴系整体弹性支撑方案。建立有限元模型,改变支撑平台结构刚性和隔振器刚度分别计算轴承基座间相对位移和轴承载荷。所选取的平台方案中,在重力下轴承基座间最大相对位移为1.216 mm。推力作用下当推力大于500 kN时,采用1阶弯曲频率在18.2 Hz及以上的平台方案时,轴承基座间最大相对位移小于0.3 mm,隔振器刚度变化则对轴承载荷影响不大。通过调整平台刚度和隔振器刚度,可以将弹性支撑系统对轴系影响控制在标准范围内,保证轴系安全运行。     

舰船弹性支撑推力轴承抗冲击特性研究

推力轴承传递的螺旋桨动态激励力可激发船体结构振动,是舰船重要的机械噪声源。采取弹性支承方式可降低推力轴承引起的噪声,但在受冲击载荷作用时,弹性支承的变形会导致推力轴承与轴系之间产生相对位移,从而影响轴系运行安全。为分析弹性支承推力轴承的抗冲击性能,建立了推进轴系及弹性支撑推力轴承和主机耦合模型,采用仿真分析的方法研究推力轴承的冲击响应。分析结果表明推力轴承的相对位移响应较大,近似等于最大许用位移值,通过改变隔振器刚度、支撑轴承刚度与位置等措施,可使推力轴承的相对位移响应满足舰船设备抗冲击要求,并改善轴系受力状态。     

支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究

针对支撑参数改变轴系振动特性问题,建立轴系-轴承-基座系统分析模型,研究轴承支撑刚度、基座支撑刚度等支撑参数对系统振动固有特性、振动传递特性的影响规律,并提出轴系减振设计参数控制方向。分析结果表明：轴系横向振动模态频率对轴承刚度、基座刚度在某些区间较为敏感;轴系横向振动部分稳定模态频率不随支撑参数改变;螺旋桨轴承强基座刚度、弱轴承刚度,有利于降低螺旋桨横向激励力通过轴系向螺旋桨轴承的传递;舱内油润滑轴承支撑参数改变对降低螺旋桨轴承处的振动传递影响较小。     

支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究

针对支撑参数改变轴系振动特性问题,建立轴系-轴承-基座系统分析模型,研究轴承支撑刚度、基座支撑刚度等支撑参数对系统振动固有特性、振动传递特性的影响规律,并提出轴系减振设计参数控制方向。分析结果表明:轴系横向振动模态频率对轴承刚度、基座刚度在某些区间较为敏感;轴系横向振动部分稳定模态频率不随支撑参数改变;螺旋桨轴承强基座刚度、弱轴承刚度,有利于降低螺旋桨横向激励力通过轴系向螺旋桨轴承的传递;舱内油润滑轴承支撑参数改变对降低螺旋桨轴承处的振动传递影响较小。     

舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性

螺旋桨激励力会通过轴系向各轴承基座传递,并激发船体结构产生振动声辐射问题。为掌握螺旋桨不同方向激励力通过轴系的传递规律,利用船舶推进轴系试验台,在轴系固有特性计算与测试的基础上,测试分析螺旋桨水平、垂向与纵向激励力通过轴系向3个轴承基座的传递特性。结果表明:单方向激励力作用下,轴系会产生不同方向的耦合振动,并在基座处产生3个方向的振动,其中轴系振动固有频率有明显体现;不同方向的激励力传递路径不同,水平激励在艉轴后轴承基座处产生较大水平振动,垂向激励在艉轴后轴承和推力轴承基座处产生较大垂向振动,纵向激励在推力轴承基座处产生较大纵向振动,螺旋桨激励力通过轴系向艉轴前轴承基座的传递相对较弱;与垂向激励相比,水平激励会在3个轴承基座处产生更大的振动响应。     

基于有限元功率流的螺旋桨-轴系-船体耦合振动特性研究

螺旋桨推进轴系的纵向振动是船体艉部振动噪音的重要来源。推力轴承主要承受轴向推力,其动态性能直接影响船体艉部耦合振动。针对推进轴系纵向振动与船体艉部耦合振动,应用雷诺方程计算推力块4种工况下的油膜动力特性,建立轴系-基座-船体耦合系统有限元模型,运用有限元功率流方法分析推力轴承对系统振动影响,以此为基础探讨了流经传递路径的功率流与系统水下辐射噪声之间的关联。研究表明,推力轴承的动态特性会对流入各轴承的功率流产生影响,导致系统耦合振动发生相应的变化。     

推力轴承轴向刚度对船舶轴系振动响应的影响

采用ANSYS有限元软件对某型舰船轴系进行相似建模,并计入螺旋桨激振力,研究不同推力轴承轴向刚度下的轴系振动特性,分析螺旋桨激振力通过轴系的传递状况。计算结果表明,增大推力轴承轴向刚度能有效衰减振动沿着纵向振动经过船体结构的传递,有一定减振降噪的作用。     

船舶集成式推力轴承减振器研究与应用

针对轴系纵向振动引起的船舶尾部振动噪声问题,提出通过集成式推力轴承减振器控制轴系纵向振动的方法,研究减振元件的刚度特性和应用减振器后轴系试验台架的振动特性。结果表明,设计的减振碟簧组刚度稳定,轴系应用该集成式推力轴承减振器后,一阶纵振固有频率偏移明显,轴系振动响应大幅衰减,提出的集成式推力轴承减振器可有效隔离螺旋桨激励振动向船体结构的传递。     

船舶集成式推力轴承减振器研究与应用

针对轴系纵向振动引起的船舶尾部振动噪声问题,提出通过集成式推力轴承减振器控制轴系纵向振动的方法,研究减振元件的刚度特性和应用减振器后轴系试验台架的振动特性。结果表明,设计的减振碟簧组刚度稳定,轴系应用该集成式推力轴承减振器后,一阶纵振固有频率偏移明显,轴系振动响应大幅衰减,提出的集成式推力轴承减振器可有效隔离螺旋桨激励振动向船体结构的传递。     

船用推力轴承整体减振系统振动传递特性研究

[目的]采用推力轴承整体减振技术可改变推进轴系的纵振传递路径,衰减螺旋桨传递至船体的振动能量,从而实现降噪的目的。[方法]为掌握螺旋桨不同方向激励力的传递规律,建立桨—轴—船体的数值分析模型,分析螺旋桨纵向和横向单位激励力作用下系统的振动传递特性,对比推力轴承整体减振与传统刚性支撑两种安装方式下船体的振动响应,并识别出对应的优势模态,然后利用间接识别法计算螺旋桨的纵向力谱,并以此作为输入评估系统的减振性能,最后对推力轴承整体减振系统的激励响应特性进行实验研究。[结果]结果表明,与传统刚性支撑方案相比,推力轴承整体减振技术对于螺旋桨横向激励衰减效果不明显,但对于螺旋桨纵向激励具有10 dB以上减振效果。[结论]应用整体减振技术可使船用推力轴承纵向振动具有良好的衰减效果,所得结论可为船用推力轴承减振装置设计提供一种新的思路。     

轴承刚度及间距对水下结构声振特性影响研究

为掌握轴承刚度及间距对水下结构振动声辐射的影响,本文建立了桨-轴-壳体简化模型,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,分析了不同轴承刚度及间距下壳体结构的声源级曲线。结果表明：轴承刚度越大,水下结构的辐射总声级越大;螺旋桨横向力激励下艉后轴承刚度对水下结构声辐射影响最大,艉前轴承次之,推力轴承影响最小;轴承间距变化对水下结构的声辐射影响不大,但容易改变推进轴系的振动状态。     

新型航政艇的隔振研究和措施

介绍了一种全新的船舶轴系柔性传动型式,可承受推力的高弹联轴器隔断了柴油机和螺旋桨两大振动源;通过WVIS-ME45隔振器的轴向弹性变形来传递螺旋桨的推力,有效地控制了船舶推进系统的振动和噪声。现已经5艘实船验证,这种轴系的隔振措施是十分有效的。     

大型船舶推进轴系与船体变形耦合响应分析

船舶大型化使得船体变形对推进轴系的影响越来越突出。在研究大型集装箱船的基础上,采用有限元法探讨了大型集装箱船全船结构有限元模型和推进轴系的建模方法,波浪载荷计算方法以及轴系振动响应分析技术。以一艘8530TEU集装箱船为研究对象,实现了全船有限元分析全过程,对不同工况下推进轴系轴承支撑点处的船体变形进行了计算分析与讨论。采用ANSYS软件建立轴系有限元模型,施加不同的船体变形激励对轴系振动响应进行了分析。研究结果对轴系减振及避振措施具有一定的参考意义。     

Prediction analysis on propulsion shafting load based on grey system theory北大核心CSCD

[Objective]The propulsion shafting system is an important part of a ship, and the bearing load directly affects its operating state and service life. In this paper, bearing load under hull deformation is studied using grey system theory. [Method] First, according to the empirical formula of the relative displacement of each bearing caused by the deformation of the hull of a 57 000 DWT oil tanker, the relative displacement of each bearing is calculated and input into a finite element model, and the load value of each bearing is output. On this basis, grey relationship analysis of grey system theory is introduced to study the influence degree of stern bearing displacement on the load of each bearing, and the relative change of the load of each bearing caused by the displacement of the stern bearings is analyzed. A GM (1,1) prediction model is then established for the bearing load considering the bearing displacement conditions, and the hull deformation-fitting and prediction of each bearing load are made. [Results]The results show that grey relationship analysis can effectively reflect the influence of hull deformation on bearing load. The GM (1,1) prediction model has high accuracy and prediction errors less than 6.0%, and the model test indexes can represent the accuracy of the prediction. [Conclusion]Grey system theory is effective and practical in research on propulsion shaft load. It can accurately predict bearing load under bearing displacement, giving it certain reference value for research on bearing load under actual sailing conditions. © The Author(s) 2022.     

船舶轴系推力轴承油膜刚度与综合支承刚度测量

在船舶推进轴系中,推力轴承刚度常取决于其油膜刚度、轴承及其基座的结构刚度。通常所指的推力轴承刚度只包含油膜刚度。因此文中把既考虑油膜刚度又考虑轴承及其基座的结构刚度综合而成的刚度定义为推力轴承综合支承刚度,进而详细给出了推力轴承油膜刚度与综合支承刚度的测量方法。借助此方法,对实验室一缩比的推力轴承实验台的油膜刚度与综合支承刚度进行了测量,获得了良好的结果。实验表明,推力轴承油膜刚度随转速上升而下降;综合支承刚度随外激励频率上升而下降,在推力轴承—基座共振频率处降为零;低频激励时,油膜刚度与综合支承刚度大小近似相等,此时对轴系的动力学建模可以只考虑油膜刚度;高频激励时,综合支承刚度远小于油膜刚度,此时对轴系动力学建模必须考虑综合支承刚度,只考虑油膜刚度会带来较大误差。实验结果对船舶推进轴系的设计及动力学分析有指导意义。     

船舶推进轴系纵横耦合非线性动力学分析—叶频激励下横向主共振响应

在考虑Von Karman非线性位移—应变关系下,基于Hamilton变分原理建立了船舶推进轴系纵横耦合非线性动力学方程。利用Galerkin方法,导出系统第一阶模态振动微分方程,采用多尺度法求解该方程。获得了叶频激励下横向主共振响应方程组,利用伪弧长延拓法数值求解了该方程组的平衡解并分析了其稳定性。探讨了支承刚度、激励载荷、螺旋桨质量、阻尼比以及细长比对轴系纵横耦合效应的影响。研究表明:细长比越小,激励载荷越大,阻尼比越小,系统纵横耦合效应越强;增加后艉轴承刚度可以抑制纵横耦合效应,增加前艉轴承以及推力轴承刚度则增强纵横耦合效应,而中间轴承对其没有明显影响;与线性模型相比,纵横耦合效应使轴系横向共振时的频率大于其线性固有频率,在某些激励频率处,幅频响应曲线上存在多解使幅值出现跳跃现象。分析结果对船舶推进轴系的设计有指导意义。     

考虑艇体变形影响的轴系合理校中

为提高潜器推进轴系校中计算的准确度,使计算结果与实际情况更为接近,必须考虑艇体变形对轴承变位的影响,并将其作为轴系校中计算的初始边界条件。通过三维有限元计算,分析模型潜器的整艇湿表面结构在重力和水压作用下的变形情况,由此获得艇体艉部的结构变形数据。提出“共线程度”的概念和计算方法,将艇体结构变形数据转化为轴系各轴承相对变位数据,作为潜器推进轴系合理校中计算轴承的初始变位。利用轴系合理校中计算程序,在考虑艇体变形和轴承刚度的条件下,对模型潜器的轴系布置进行优化计算。结果表明：安装时,1#、2#、3#轴承位于理论中心线上,4#轴承变位为理论中心线向上0.4 mm能够获得合理的轴系校中状态。     

船体变形对轴系横向振动的影响研究

船体变形是影响船舶推进轴系振动的一个重要因素,但目前对于轴系横向振动的研究都是在基于船体为刚性体,不发生变形的前提下进行。针对某散货船,采用有限元法建立了船体变形下,轴系中心线垂向相对变形对轴系横向振动影响的计算方法和流程。结果表明:船体在不同工况下,轴系中心线垂向相对变形对轴系横向振动固有频率有着显著的影响。     

艇体变形对轴系校中的影响

艇体变形是影响轴系校中质量的重要因素,以深水潜器为研究对象,通过建立潜器的三维有限元模型,提出利用弹簧约束调节潜器重力与浮力平衡的方法,分析潜器处于正浮状态时,在重力、浮力和静水压力作用下的艇体变形,得出潜器轴系各个轴承的位移数据,并分析轴承位移造成的轴承负荷变化。为艇体变形影响下的潜器轴系校中提供依据。分析结果表明：耐压艇体内的轴承位移要小于耐压艇体外,支撑轴承的艇体结构的差异会导致轴承位移大小的不同,从而导致各个轴承负荷变化也不一样,艇内液舱的不对称布置会导致位于该液舱上轴承产生较大的横向位移和横向轴承负荷。